CH637995A5 - Method for controlling and/or regulating a copper-plating bath operating without an external power supply - Google Patents

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CH637995A5
CH637995A5 CH1419677A CH1419677A CH637995A5 CH 637995 A5 CH637995 A5 CH 637995A5 CH 1419677 A CH1419677 A CH 1419677A CH 1419677 A CH1419677 A CH 1419677A CH 637995 A5 CH637995 A5 CH 637995A5
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mixed potential
copper
electrode
potential
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CH1419677A
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Rudolph John Zeblisky
John Paul Karas
Charles Rowland Funk
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Kollmorgen Tech Corp
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Steuerung und/oder Regelung eines ohne äussere Stromzufuhr Kupfer abscheidenden Bades vermittels Messen des Mischpotentials. Unter dem Ausdruck «Mischpotential» soll das Oxidations/Reduktions-Potential verstanden werden, das aus dem Übergang der Kupferionen in Kupfermetall und der Oxidation eines geeigneten Reduktionsmittels, z.B. Formaldehyd, resultiert (Milan Paunovic, PLA-TING, 68, Seite 1165, 1968). The present invention relates to a method for automatically controlling and / or regulating a bath which deposits copper without an external power supply by measuring the mixed potential. The term "mixed potential" is to be understood as the oxidation / reduction potential which results from the transition of the copper ions into copper metal and the oxidation of a suitable reducing agent, e.g. Formaldehyde results (Milan Paunovic, PLA-TING, 68, page 1165, 1968).

Ganz allgemein besteht ein stromlos, d.h. ohne äussere Stromzufuhr Kupfer abscheidendes Bad aus den folgenden Bestandteilen: einem Kupfersalz; einem Reduktionsmittel, welches an für dessen Oxidation katalytisch wirksamen Flächen Elektronen abgibt, um auf diesen Kupferionen zu metallischem Kupfer zu reduzieren und niederzuschlagen; einem oder mehreren Komplexbildnern, welche das Kupfer in Lösung halten und es daran hindern, schwer lösliche Salze zu bilden bzw. in der Lösung reduziert zu werden; und anderen Komponenten, die beispielsweise der Beschleunigung der Metallabscheidung sowie der Beeinflussung der Kristallstruktur der abgeschiedenen Kupferschicht sowie der Badstabilisierung dienen. Ein typisches, stromlos Kupfer abscheidendes Bad besteht aus einem Kupfersalz, einem Komplexbildner, einer Base, einer Komponente zur Verbesserung der Duktilität der abgeschiedenen Kupferschicht, einem Stabilisator und einem Benetzungsmittel. In general there is no current, i.e. without external power supply copper-separating bath from the following components: a copper salt; a reducing agent which emits electrons on surfaces which are catalytically active for the oxidation thereof, in order to reduce and precipitate copper ions on them to metallic copper; one or more complexing agents which keep the copper in solution and prevent it from forming poorly soluble salts or from being reduced in the solution; and other components which serve, for example, to accelerate the metal deposition and to influence the crystal structure of the deposited copper layer and to stabilize the bath. A typical electroless copper plating bath consists of a copper salt, a complexing agent, a base, a component to improve the ductility of the deposited copper layer, a stabilizer and a wetting agent.

Die Zusammensetzung kann beispielsweise wie folgt sein: The composition can be, for example, as follows:

(1) etwa 0,02 bis 0,08 Mol/1 CuS04 oder CuCk; (1) about 0.02 to 0.08 mol / 1 CuS04 or CuCk;

(2) so viel NaOH oder KOH, dass der pH-Wert der Lösung zwischen 11 und 14 liegt; (2) so much NaOH or KOH that the pH of the solution is between 11 and 14;

(3) etwa 0,01 bis 3,0 Mol eines Reduktionsmittels wie Formaldehyd, oder ein Hydrid wie Borhydrid oder Amino-boran; (3) about 0.01 to 3.0 moles of a reducing agent such as formaldehyde, or a hydride such as borohydride or amino borane;

(4) etwa 0,02 bis 0,4 Mol Komplexbildner wie Na4EDTA, Rochelle-Salz, Quadrol, ein Polyalkanolamin oder eine Aminosäure; (4) about 0.02 to 0.4 mole of complexing agents such as Na4EDTA, Rochelle salt, Quadrol, a polyalkanolamine or an amino acid;

(5) etwa 10"3 bis 10_l g/1 Duktilitätspromotor wie NaCN; (5) about 10 "3 to 10_l g / 1 ductility promoter such as NaCN;

(6) etwa 10"9 bis 10-3 g/1 eines Stabilisators, sowie (6) about 10 "9 to 10-3 g / 1 of a stabilizer, as well

(7) bis zu 5 g/1 eines Benetzers wie Alkylphenoxy oder Polyäthoxyphosphatester. (7) up to 5 g / 1 of a wetting agent such as alkylphenoxy or polyethoxyphosphate ester.

Neben den oben beispielsweise erwähnten Bestandteilen, aus denen das Bad ursprünglich zusammengesetzt ist, enthält das Kupferabscheidungsbad im Betrieb im allgemeinen noch eine Anzahl von Nebenprodukten, die sich während der Badarbeit unvermeidbar bilden. In addition to the components mentioned above, for example, from which the bath is originally composed, the copper deposition bath generally also contains a number of by-products during operation which inevitably form during the bath work.

Die Badarbeitsbedingungen werden zweckmässig durch regelmässige Analyse der Badbestandteile und entsprechende Chemikalien-Zusätze möglichst konstant gehalten. Das Abscheidungsbad weist üblicherweise verschiedene Parameter auf, die gemessen und gesteuert werden können, beispielsweise pH, Kupferionenkonzentration, Reduktionsmittelkonzentration, Konzentration des Komplexbildners, Tem- The bath working conditions are appropriately kept as constant as possible by regular analysis of the bath components and appropriate chemical additives. The deposition bath usually has various parameters that can be measured and controlled, for example pH, copper ion concentration, reducing agent concentration, concentration of the complexing agent, temperature

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peratur, Abscheidungsgeschwindigkeit, Badbeladung, Art und Intensität der Badbewegung, Geschwindigkeit der Entfernung des bei der Reduktion gebildeten Wasserstoffs, Konzentration der bei der Reduktion entstehenden Nebenprodukte und die Menge an vergiftenden Stoffen, die bereits in Spuren wirksam sind und Abscheidungsgeschwindigkeit sowie Eigenschaften des Metallniederschlages negativ beeinflussen. temperature, deposition rate, bath loading, type and intensity of the bath movement, rate of removal of the hydrogen formed during the reduction, concentration of the by-products formed during the reduction and the amount of poisoning substances that are already active in traces and negatively influence the deposition rate and properties of the metal deposit .

Das Aufrechterhalten der Badarbeitsbedingungen vermittels chemischer Analyse und Einhalten der geeigneten Konzentrationsbereiche durch entsprechende Zusätze ist möglich, die Aufrechterhaltung optimaler Bedingungen auf diese Weise allerdings sehr schwierig, da die Beladung und andere Bedingungen sich im praktischen Betrieb ändern. It is possible to maintain the bath working conditions by means of chemical analysis and to keep the appropriate concentration ranges by means of appropriate additives, but the maintenance of optimal conditions in this way is very difficult, since the loading and other conditions change in practical operation.

Deshalb ist die automatische Kontrolle möglichst aller Badparameter ausserordentlich wünschenswert. Entsprechende Kontrollverfahren sind bereits beschrieben worden. Diese Verfahren und entsprechende Einrichtungen gestatten jedoch nur die Kontrolle einer beschränkten Anzahl von Badparametern. That is why the automatic control of all bathroom parameters is extremely desirable. Corresponding control procedures have already been described. However, these methods and corresponding devices only allow the control of a limited number of bath parameters.

Zusätzlich zu den bereits beschriebenen Kontrollverfahren eröffnet die erfindungsgemässe Bestimmung und Verwendung des Mischpotentials eine weitere Kontrollmöglichkeit der Badarbeit, die es in überraschender Weise gestattet, diese zu optimieren. In addition to the control methods already described, the determination and use of the mixed potential according to the invention opens up a further control option for the bath work, which surprisingly allows it to be optimized.

Von den Erfindern wurden ausführliche Untersuchungen durchgeführt, die es ermöglichten, das Mischpotential zur Steuerung der Badbedingungen, insbesondere als Messgrösse zur Steuerung der die Aktivität des Bades bzw. die Konzentration der badstabilisierenden Zusätze, zu verwenden. Die Kontrolle bestimmter Badstabilisierungsmittel durch chemische Analyse ist wegen deren in der Regel ausserordentlich geringen Konzentrationen sehr schwierig, wenn nicht praktisch unmöglich. The inventors carried out extensive studies which made it possible to use the mixed potential to control the bath conditions, in particular as a measurement variable for controlling the activity of the bath or the concentration of the bath-stabilizing additives. The control of certain bath stabilizers by chemical analysis is very difficult, if not practically impossible, because of their usually extremely low concentrations.

Versuche in der Vergangenheit, das Mischpotential zur Bestimmung der stabilisatorabhängigen Badaktivität zu benutzen, sind bisher allgemein fehlgeschlagen, weil zu viele andere Komponenten das Mischpotential ebenfalls beeinflussen. Geringe Veränderungen des Mischpotentials können durch eine Reihe von Parametern bedingt sein; deren Ein-fluss auf das Mischpotential verstärkt die durch Änderungen der Stabilisatoren-Konzentration bedingten Einflüsse, was dazu führen kann, dass die Badarbeit völlig zum Erliegen kommt oder dass sich das Bad spontan zersetzt und sich Kupfer auf allen Oberflächen, also auch in den unerwünschten Bezirken, niederschlägt. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die bekannte Messung des Mischpotentials keine brauchbaren Aussagen über die Aktivität als Funktion des Stabilisators liefert und deshalb zu dessen Steuerung unbrauchbar ist. Attempts in the past to use the mixed potential to determine the stabilizer-dependent bath activity have so far generally failed because too many other components also influence the mixed potential. Minor changes in the mixed potential can be caused by a number of parameters; their influence on the mixed potential increases the influences caused by changes in the stabilizer concentration, which can lead to the bath work coming to a complete standstill or the bath decomposing spontaneously and copper on all surfaces, i.e. also in the unwanted areas , precipitates. In summary, it can be said that the known measurement of the mixed potential does not provide any useful information about the activity as a function of the stabilizer and is therefore unusable for controlling it.

Es wurde nun ein neues Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines stromlos arbeitenden Bades entwickelt, welches eine zuverlässige Badarbeit ermöglicht und den Spontanzerfall der Badlösung zu vermindern vermag. A new method for controlling and / or regulating a currentless bath has now been developed, which enables reliable bath work and is able to reduce the spontaneous deterioration of the bath solution.

Nach der Erfindung wird das Mischpotential vermittels zweier Elektroden gemessen: auf der einen Elektrode wird Kupfer abgeschieden, während die andere als Vergleichselektrode dient. Das Mischpotential kann nun in einem bestimmten Bereich konstant gehalten werden. Dieser Bereich wird im allgemeinen durch verschiedene Faktoren bestimmt, beispielsweise durch die Zusammensetzung der Badlösung sowie durch die Beschaffenheit der Vergleichselektrode. According to the invention, the mixed potential is measured by means of two electrodes: copper is deposited on one electrode, while the other serves as a comparison electrode. The mixing potential can now be kept constant in a certain range. This range is generally determined by various factors, for example the composition of the bath solution and the nature of the comparison electrode.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels zweier Elektroden, von denen sich die eine in Badflüssigkeit befindet und als Abscheidungselektrode dient und die andere als Vergleichselektrode dient, das sich zwischen den Elektroden ausbildende Mischpotential gemessen und diese Messung zum Steuern und/oder Regeln eines oder mehrerer Badparameter verwendet wird. The method according to the invention is characterized in that by means of two electrodes, one of which is in bath liquid and serves as a deposition electrode and the other serves as a comparison electrode, the mixed potential that forms between the electrodes is measured and this measurement for controlling and / or regulating one or several bath parameters is used.

Zur Bestimmung des Mischpotentials können sich beide Elektroden innerhalb des Abscheidungsbades befinden. 5 Arbeitet das Bad jedoch bei hohen Temperaturen, so ist es angebracht, die Vergleichselektrode in einer gesonderten Kammer unterzubringen. To determine the mixed potential, both electrodes can be located within the deposition bath. 5 However, if the bath works at high temperatures, it is advisable to place the reference electrode in a separate chamber.

Nach dem erfindungsgemässen Verfahren ist es möglich, nicht nur das Mischpotential zu messen, sondern auch gleich-10 zeitig die Faktoren zu bestimmen und/oder zu regeln, die das Mischpotential in erster Linie beeinflussen, wie pH, Aktivität des Stabilisators, Temperatur, Aktivität des Reduktionsmittels und die Kupferkonzentration. According to the method according to the invention, it is possible not only to measure the mixing potential, but also to simultaneously determine and / or regulate the factors which primarily influence the mixing potential, such as pH, activity of the stabilizer, temperature, activity of the Reducing agent and the copper concentration.

Die Temperatur eines stromlos arbeitenden Bades kann 15 mit Hilfe konventioneller Methoden bestimmt und geregelt werden. Zum Messen des pH-Wertes können die handelsüblichen Glaselektroden verwendet werden. Das pH-Messgerät, das für hohe pH-Werte geeignet sein muss, kann entweder eine Kombinationselektrode oder eine pH-Elektrode in Ver-20 bindung mit einer Vergleichselektrode sein. Eine ganze Anzahl von Vergleichselektroden sind für diesen Zweck brauchbar, wie beispielsweise Kalomel-Elektroden oder Silber/Chlorsilber-Elektroden. Eine Silber/Chlorsilber-Elektrode kann verwendet werden, wenn zwei Vorausset-25 zungen erfüllt sind: (a) es darf kein Flüssigkeitsaustausch über die Verbindung, z.B. eine mikroporöse Membran, zwischen der aktiven Badlösung und der Vergleichselektroden-Lösung stattfinden, damit keine Silberionen von dieser in die Abscheidungslösung gelangen, wo sie momentan und schon 30 in sehr geringer Menge zu einem Spontanzerfall führen würden; (b) im Bereich einer mikroporösen Membran muss die Badaktivität unter Normal liegen, da sich sonst Metall auf der Membran niederschlagen und diese funktionsunfähig machen würde, was man durch Reduzierung der Badarbeits-35 temperatur in diesem Bereich oder durch Zwischenschaltung einer Salzbrücke oder durch beides gleichzeitig erreichen kann. The temperature of an electroless bath can be determined and regulated using conventional methods. The commercially available glass electrodes can be used to measure the pH. The pH meter, which must be suitable for high pH values, can either be a combination electrode or a pH electrode in connection with a comparison electrode. A whole number of comparison electrodes can be used for this purpose, such as, for example, calomel electrodes or silver / chlorine-silver electrodes. A silver / chlorine-silver electrode can be used if two prerequisites are met: (a) there must be no liquid exchange via the connection, e.g. a microporous membrane, between the active bath solution and the comparison electrode solution, so that no silver ions get from it into the deposition solution, where they would lead to a spontaneous breakdown at the moment and in a very small amount; (b) in the area of a microporous membrane, the bath activity must be below normal, otherwise metal would deposit on the membrane and render it inoperable, which can be done by reducing the bath working temperature in this area or by interposing a salt bridge or by both at the same time can reach.

Die Herabsetzung der Temperatur im Bereich der Vergleichselektrode kann einfach durch deren Einbringen in 40 kalte Badlösung ausserhalb des Zirkulationsbereiches erreicht werden. The temperature in the area of the reference electrode can be reduced simply by placing it in a cold bath solution outside the circulation area.

Die Cu++ Ionen-Konzentration kann kolorimetrisch durch Messen der Absorption im roten Spektralbereich bestimmt werden. Dabei ist zu beachten, dass diese Messung durch pH, 45 Temperatur und einige Komplexbildner beeinflusst werden kann; entsprechende Korrekturen sind deshalb vorzunehmen. The Cu ++ ion concentration can be determined colorimetrically by measuring the absorption in the red spectral range. It should be noted that this measurement can be influenced by pH, temperature and some complexing agents; Corresponding corrections must therefore be made.

Die Cyanid-Konzentration kann vermittels handelsüblicher Spezialelektroden bestimmt werden, vorausgesetzt, so dass die Badaktivität soweit herabgesetzt wird, dass sich auf der Mess- bzw. Vergleichselektrode kein Metall niederschlägt. Auch bei dieser Messung sind Temperatur und pH zu berücksichtigen. The cyanide concentration can be determined using commercially available special electrodes, provided that the bath activity is reduced to such an extent that no metal is deposited on the measuring or comparison electrode. Temperature and pH must also be taken into account for this measurement.

Die Formaldehyd-Konzentration kann ebenfalls kolori-55 metrisch oder photometrisch bestimmt werden, indem man ein Reagens zusetzt, das mit Formaldehyd eine Farbreaktion ergibt. Eine weitere Methode besteht darin, den pH-Wert der Lösung so weit zu senken, dass Formaldehyd mit einem Überschuss an zugesetztem Natriumsulfit reagiert. Die durch 60 die Reaktion bedingte Erhöhung des pH-Wertes ist ein Mass für die Formaldehyd-Konzentration, wobei der Aus-gangs-pH so gewählt wird, dass der nach der Reaktion entstehende pH-Wert in einem günstigen Messbereich liegt. The formaldehyde concentration can also be determined colouri-55 metrically or photometrically by adding a reagent which gives a color reaction with formaldehyde. Another method is to lower the pH of the solution to such an extent that formaldehyde reacts with an excess of sodium sulfite added. The increase in the pH value caused by the reaction is a measure of the formaldehyde concentration, the starting pH being chosen so that the pH value arising after the reaction is in a favorable measuring range.

Die Konzentration der Reaktions-Nebenprodukte kann 65 durch Dichtebestimmungen der Badlösung festgestellt werden. The concentration of the reaction by-products can be determined by determining the density of the bath solution.

Das Mischpotential der Badflüssigkeit ist grundsätzlich die Summe der Halbreaktionen, welche im wesentlichen aus der The mixing potential of the bath liquid is basically the sum of the half reactions, which essentially result from the

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Oxidation des Reduktionsmittels und der Reduktion der Kupferionen zu metallischem Kupfer bestehen. Laufen auf der gleichen leitfähigen Oberfläche mehrere Oxidation/ Reduktions- Prozesse gleichzeitig ab, so hat jede Reaktion ihr eigenes Gleichgewicht und ihr eigenes Elektroden-Potential. Da aber jeweils nur ein Potential auf einer leitenden Elektrodenoberfläche bestehen kann, bildet sich während des Reaktionsablaufs ein stetiges Potential, das Mischpotential, aus. Oxidation of the reducing agent and the reduction of copper ions to metallic copper exist. If several oxidation / reduction processes run simultaneously on the same conductive surface, each reaction has its own balance and its own electrode potential. However, since there can only be one potential at a time on a conductive electrode surface, a constant potential, the mixed potential, forms during the course of the reaction.

Das Mischpotential eines stromlos Metall abscheidenden Bades wird vermittels von zwei Elektroden gemessen, wobei sich die Metallabscheidungselektrode in der Arbeitsbadflüssigkeit befindet und eine Vergleichselektrode im allgemeinen in deren unmittelbarer Nähe. Das Mischpotential entsteht durch die Abscheidungsreaktion und wird zwischen Abschei-dungs- und Vergleichselektrode gemessen. The mixed potential of an electroless metal depositing bath is measured by means of two electrodes, the metal deposition electrode being in the working bath liquid and a comparison electrode generally in its immediate vicinity. The mixed potential results from the deposition reaction and is measured between the deposition and comparison electrodes.

Die Abscheidungselektrode besteht aus einer Metall-, beispielsweise Platinunterlage mit einem Kupferüberzug, auf dem sich ständig Kupfer aus der Badflüssigkeit abscheidet. Nahezu jede Metallelektrode ist nach dem Einbringen in ein stromlos Kupfer abscheidendes Bad sofort mit einer Kupferschicht überzogen. The deposition electrode consists of a metal, for example platinum base with a copper coating, on which copper is continuously separated from the bath liquid. Almost every metal electrode is immediately covered with a copper layer after being placed in an electroless copper depositing bath.

Als Vergleichselektrode kann entweder eine Kalomel- oder eine Silber/Chlorsilber-Elektrode verwendet werden. Either a calomel or a silver / chlorosilver electrode can be used as the comparison electrode.

Die Bestimmung des Mischpotentials in der aktiven Badflüssigkeit weist im allgemeinen gewisse Schwierigkeiten auf. Beispielsweise beträgt die Temperatur des Arbeitsbades zwischen 40 und 95°C. Wird unter diesen Bedingungen die Vergleichselektrode neben der Abscheidungselektrode angebracht, so wird sich in der Regel Kupfer auch auf der Vergleichselektrode niederschlagen und diese dadurch unbrauchbar machen; wird die Vergleichselektrode weiter entfernt von der Abscheidungselektrode angeordnet, so sind die Messbedingungen instabil. Zufriedenstellende Ergebnisse kann man erzielen, wenn man die Vergleichselektrode in einer getrennten Kammer bei reduzierter Temperatur und Badbewegung anbringt, welche Kammer über eine Flüssigkeitsbrücke mit der aktiven Badflüssigkeit und der darin angebrachten Abscheidungselektrode verbunden ist, wobei die Flüssigkeitsbrücke möglichst kurz (5 bis 10 cm) gehalten werden sollte. The determination of the mixed potential in the active bath liquid generally has certain difficulties. For example, the temperature of the working bath is between 40 and 95 ° C. If the comparison electrode is attached next to the deposition electrode under these conditions, copper will generally also deposit on the comparison electrode and thereby render it unusable; If the comparison electrode is placed further away from the deposition electrode, the measurement conditions are unstable. Satisfactory results can be achieved if the comparative electrode is placed in a separate chamber at reduced temperature and bath movement, which chamber is connected to the active bath liquid and the deposition electrode attached therein, the liquid bridge being kept as short as possible (5 to 10 cm) should be.

Die Kammer mit der Vergleichselektrode kann gegen die der Abscheidungselektrode wärmeisoliert sein. Der Kontakt zwischen der Vergleichselektrode und der aktiven Badflüssigkeit wird vorzugsweise über eine Verbindung hergestellt, die eine inerte Salzlösung enthält und die einerseits mit der Kammer der Vergleichselektrode und andererseits mit der aktiven Badflüssigkeit durch je eine poröse Membran in Verbindung steht. Die Aktivität der Badflüssigkeit in der Ver-gleichselektroden-Kammer wird im allgemeinen durch Reduzierung von Badtemperatur und -bewegung herabgesetzt. The chamber with the comparison electrode can be thermally insulated against that of the deposition electrode. The contact between the comparison electrode and the active bath liquid is preferably established via a connection which contains an inert saline solution and which is connected on the one hand to the chamber of the comparison electrode and on the other hand to the active bath liquid through a porous membrane. The activity of the bath liquid in the reference electrode chamber is generally reduced by reducing the bath temperature and movement.

Zwischen der Konzentration der einzelnen Badkomponenten und dem Mischpotential besteht im allgemeinen kein einfacher Zusammenhang; so hat z.B. eine Konzentrationsänderung der Badkomponenten keinen linearen Anstieg des Mischpotentials zur Folge. Wird beispielsweise die Konzentration des Formaldehyds soweit erhöht, dass nicht mehr genügend Kupferionen zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit zur Verfügung stehen, so steigt das Mischpotential nicht weiter an. There is generally no simple connection between the concentration of the individual bath components and the mixed potential; e.g. a change in the concentration of the bath components does not result in a linear increase in the mixing potential. If, for example, the concentration of formaldehyde is increased to such an extent that there are no longer enough copper ions available to increase the reaction rate, the mixing potential does not increase any further.

Für die vorliegende Erfindung sollte das Mischpotential der Badflüssigkeit innerhalb bestimmter Grenzwerte gehalten werden, die von den Badbestandteilen und allen übrigen variablen Parametern abhängen. Für kommerzielle Verkup-ferungsbäder ergab sich ein Bereich zwischen —200 mV und —1,5 V, gemessen gegen eine Standard-Kalomel-EIektrode, und -115 mV und 1,455 V, gemessen gegen eine Silber/ Chlorsilber-Elektrode, als günstigster Wert. Vorteilhafterweise wird das Mischpotential aufwerte zwischen —600 bis —850 mV, gemessen gegen eine Kalomel-EIektrode, und auf -555 bis -805 mV, gemessen gegen eine Silber/Chlorsilber-Elektrode, eingestellt. For the present invention, the mixed potential of the bath liquid should be kept within certain limit values which depend on the bath components and all other variable parameters. For commercial copper plating baths, the range between -200 mV and -1.5 V, measured against a standard calomel electrode, and -115 mV and 1.455 V, measured against a silver / chlorosilver electrode, was found to be the most favorable value. The mixed potential is advantageously set to between -600 to -850 mV, measured against a calomel electrode, and to -555 to -805 mV, measured against a silver / chlorine-silver electrode.

Die besten Ergebnisse werden bei Werten zwischen -630 bis —760 mV (Standard-Kalomel-Elektrode) und —585 bis —715 mV (Silber-Chlorsilber-Elektrode) erzielt. The best results are achieved at values between -630 to -760 mV (standard calomel electrode) and -585 to -715 mV (silver chlorosilver electrode).

Bei Verwendung einer Standard-Kalomel-Elektrode weichen die Messwerte gegenüber anderen Elektroden, beispielsweise Silber-Chlorsilber-Elektroden, um etwa 45 mV ab. When using a standard calomel electrode, the measured values deviate from other electrodes, for example silver-chlorine-silver electrodes, by about 45 mV.

In der Praxis kann eine Abweichung des Mischpotentials gegen den festgelegten Sollwert von ±5 mV bis ±50 mV in Kauf genommen werden; vorzugsweise wird der Wert aber in Grenzen zwischen ±10 bis ±25 mV gehalten. Beispielsweise liegt der Sollwert für ein spezifisches Verkupferungsbad auf EDTA-Basis bei —675 mV, ± 10 mV oder ±25 mV. In practice, a deviation of the mixed potential from the specified setpoint of ± 5 mV to ± 50 mV can be accepted; however, the value is preferably kept within limits between ± 10 to ± 25 mV. For example, the target value for a specific copper plating bath based on EDTA is -675 mV, ± 10 mV or ± 25 mV.

Das Mischpotential ist die bestimmende oder steuernde Grösse entsprechend dieser Erfindung. Die übrigen Badparameter werden entsprechend bestimmt und gesteuert, wobei einige Badparameter einen grösseren Einfluss auf das Mischpotential haben können als andere. Beispielsweise kann ein zu positives Mischpotential, d.h. von mehr als —600 mV, in einfacher Weise durch Erhöhen des pH oder des Formaldehydgehaltes der Badflüssigkeit auf den gewünschten Wert reduziert werden. Ist das Mischpotential des Bades zu weit ins Negative gerutscht, so kann es durch Zugabe von Stabilisatorlösung auf den Sollwert zurückgebracht werden. The mixed potential is the determining or controlling variable according to this invention. The other bath parameters are determined and controlled accordingly, with some bath parameters having a greater influence on the mixing potential than others. For example, a positive mixing potential, i.e. of more than -600 mV, can be reduced to the desired value in a simple manner by increasing the pH or the formaldehyde content of the bath liquid. If the mixed potential of the bath has slipped too far into the negative, it can be brought back to the setpoint by adding stabilizer solution.

Die für das erfindungsgemässe Verfahren benutzbare Vorrichtung bestimmt die einzelnen Badparameter und stellt diese auf die gewünschten Werte ein. Nachdem sich praktisch alle Parameter bestimmend auf das Mischpotential auswirken, wird man praktischerweise nur die Badparameter bestimmen und einstellen, die den grössten Einfluss auf das Mischpotential haben. Hierzu gehören Kupferionen-Konzentration, aktive Konzentration des Reduktionsmittels, aktive Konzentration des Stabilisators, pH-Wert und Temperatur. Vorzugsweise wird mit der Vorrichtung das Mischpotential gemessen und Temperatur, pH, Kufperionenkonzen-tration und Stabilisator-Konzentration bestimmt und innerhalb vorgegebener Werte gehalten. Vorzugsweise wird die Vorrichtung so ausgestaltet, dass die entsprechenden Zugaben als Folge der Messung bewirkt und die Temperatur ebenfalls automatisch eingestellt wird. Eine bevorzugte Vorrichtung misst das Mischpotential und stellt Temperatur, Kupferionenkonzentration und pH ein und passt gleichzeitig die aktive Stabilisator- und Reduktionsmittelkonzentration entsprechend an, so dass das Mischpotential innerhalb des vorgegebenen Bereichs bleibt. In einer Ausgestaltungsform wird das Mischpotential gemessen und dementsprechend die Aktivität des Reduktionsmittels und/oder des Stabilisators eingestellt und so das Mischpotential innerhalb der vorgegebenen Sollwerte gehalten; ausserdem wird die Temperatur automatisch bestimmt und geregelt und die Kupferionenkonzentration, pH und Cyanidkonzentration stets auf ihren Sollwerten gehalten. The device that can be used for the method according to the invention determines the individual bath parameters and sets them to the desired values. After practically all parameters have a determining effect on the mixed potential, it is practical to determine and set only the bath parameters that have the greatest influence on the mixed potential. These include copper ion concentration, active concentration of the reducing agent, active concentration of the stabilizer, pH value and temperature. The device is preferably used to measure the mixing potential and to determine the temperature, pH, kufperion concentration and stabilizer concentration and to keep it within predetermined values. The device is preferably designed such that the corresponding additions are effected as a result of the measurement and the temperature is also set automatically. A preferred device measures the mixed potential and adjusts the temperature, copper ion concentration and pH and at the same time adjusts the active stabilizer and reducing agent concentration accordingly, so that the mixed potential remains within the predetermined range. In one embodiment, the mixed potential is measured and, accordingly, the activity of the reducing agent and / or the stabilizer is set, and the mixed potential is thus kept within the predetermined target values; In addition, the temperature is automatically determined and regulated and the copper ion concentration, pH and cyanide concentration are always kept at their target values.

Die das Mischpotential beeinflussenden Parameter können mit Hilfe der zuvor beschriebenen Vorrichtung gemessen werden, welche den jeweils zu bestimmenden und/ o der zu steuernden B adparametern angepasst wird und sowohl jedes Parameter einzeln als auch das Mischpotential bestimmt. Eine geeignete Vorrichtung zum Bestimmen und automatischen Steuern von Temperatur, Kupferionen-Konzentration und pH-Wert sowie zum Messen des Mischpotentials ist in Fig. 1 dargestellt. The parameters influencing the mixed potential can be measured with the aid of the device described above, which is adapted to the bath parameters to be determined and / or to be controlled and which determines both each parameter individually and the mixed potential. A suitable device for determining and automatically controlling the temperature, copper ion concentration and pH value and for measuring the mixed potential is shown in FIG. 1.

Eine derartige Vorrichtung besteht aus einer Pumpe 1 zum Abpumpen einer Kontrollmenge der Badflüssigkeit; diese Testflüssigkeit, die der Badflüssigkeit im Abscheidungstank 2 Such a device consists of a pump 1 for pumping out a control amount of the bath liquid; this test liquid, that of the bath liquid in the separation tank 2

4 4th

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

entnommen wird, wird durch ein Ventil 3 in die Kammer 4 geleitet, wo sich die Abscheidungselektrode 5 befindet. Angrenzend an die Kammer 4 ist die Kammer 6 mit der Vergleichselektrode 7, die zusammen mit der Abscheidungselektrode 5 zum Messen des Mischpotentials dient. Die Kammer 4 enthält einen Thermistor 8, der auch in der Position 9 oder auf dem Entgaser 10 angeordnet sein kann. Die Vorrichtung 10 dient zum Entgasen der Flüssigkeit, bevor diese in die Messvorrichtung gelangt. Von der Kammer 4 wird die Testflüssigkeit durch die Wärmeaustauscher 11 und 12 geleitet und anschliessend in die Kammer 13, die zur kolorimetri-schen Bestimmung des Kupferionengehaltes dient (14). Aus der Kammer 13 wird die Testflüssigkeit in die Kammer 15 geleitet, die ebenfalls einen Thermistor 16 enthält und eine Kombination pH/Vergleichselektrode 17. is removed, is passed through a valve 3 into the chamber 4, where the deposition electrode 5 is located. Adjacent to the chamber 4 is the chamber 6 with the comparison electrode 7, which together with the deposition electrode 5 serves to measure the mixed potential. The chamber 4 contains a thermistor 8, which can also be arranged in the position 9 or on the degasser 10. The device 10 serves to degas the liquid before it reaches the measuring device. The test liquid is passed from the chamber 4 through the heat exchangers 11 and 12 and then into the chamber 13, which is used for the colorimetric determination of the copper ion content (14). The test liquid is passed from the chamber 13 into the chamber 15, which also contains a thermistor 16 and a combination of pH / comparison electrode 17.

Dann fliesst die Testflüssigkeit über den ersten Wärmeaustauscher 11 zurück in den Abscheidungstank. Der zweite Wärmeaustauscher wird mit Wasser von ausserhalb der Anlage gekühlt. Then the test liquid flows back via the first heat exchanger 11 into the deposition tank. The second heat exchanger is cooled with water from outside the system.

Eine andere Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung wird in Fig. 2 dargestellt und dient zum Messen von Temperatur, Kupferionenkonzentration, pH, Cyanid- sowie Formaldehydaktivität sowie der Bestimmung der Menge an Nebenprodukten, die bei der Badarbeit anfallen. Another embodiment of the present invention is shown in FIG. 2 and is used to measure temperature, copper ion concentration, pH, cyanide and formaldehyde activity and to determine the amount of by-products that occur during bath work.

Die Testflüssigkeit wird vermittels einer Pumpe 19 der Badflüssigkeit 18 entnommen und durch das Ventil 20 in die Kammer 21 geleitet, die die Abscheidungselektrode 22 enthält, welche in Verbindung mit der Vergleichselektrode 24 in der angrenzenden Kammer 23 zum Messen des Mischpotentials dient. Die Kammer 21 kann ebenfalls einen Thermistor 25 enthalten, der auch in Position 26 oder am Vergaser 27 angebracht sein kann. The test liquid is removed from the bath liquid 18 by means of a pump 19 and passed through the valve 20 into the chamber 21 which contains the deposition electrode 22 which, in conjunction with the comparison electrode 24 in the adjacent chamber 23, serves to measure the mixed potential. The chamber 21 can also contain a thermistor 25, which can also be attached in position 26 or on the carburetor 27.

Aus der Kammer 21 wird die Testflüssigkeit über die Wärmeaustauscher 28 und 29 in die Kammer 30 geleitet, welche das Kupferkolorimeter 31 und die Cyanidelektrode 32 enthält. Die Flüssigkeit wird dann in die Kammer 33 geleitet, die einen zweiten Thermistor 34 und eine pH-Messelektrode 35 enthält. Ein Teil der Testflüssigkeit wird dann in Kammer 36 geleitet, in der ihre Dichte und damit die Menge der gebildeten Nebenprodukte mit der Vorrichtung 37 bestimmt wird. Die restliche Testflüssigkeit wird in die Reagenzpumpe 38 geleitet, die sie in eine Vorrichtung pumpt, wo sie mit Luft beladen und mit Natriumsulfit versetzt wird. Von dort gelangt die Flüssigkeit in ein Mischgefäss 39, in dem sich eine Säure befindet. Die Versorgung mit Natriumsulfit und Säure erfolgt aus den Vorratsgefässen 40 und 41. Die mit Säure und Natriumsulfit angereicherte Flüssigkeit wird vom Mischgefäss 39 in die Kammer 42 geführt, wo mit Hilfe der pH-Ver-gleichselektrode 43 ihr pH-Wert bestimmt wird. Der Anstieg des pH-Wertes ist proportional der Menge des anwesenden Formaldehyds. The test liquid is passed from the chamber 21 via the heat exchangers 28 and 29 into the chamber 30, which contains the copper colorimeter 31 and the cyanide electrode 32. The liquid is then passed into the chamber 33, which contains a second thermistor 34 and a pH measuring electrode 35. A part of the test liquid is then passed into chamber 36, in which its density and thus the amount of by-products formed are determined with the device 37. The remaining test liquid is fed into the reagent pump 38 which pumps it into a device where it is loaded with air and sodium sulfite is added. From there the liquid reaches a mixing vessel 39 in which there is an acid. The supply of sodium sulfite and acid comes from the storage vessels 40 and 41. The liquid enriched with acid and sodium sulfite is led from the mixing vessel 39 into the chamber 42, where its pH value is determined with the aid of the pH comparison electrode 43. The increase in pH is proportional to the amount of formaldehyde present.

Normalerweise wird die Testflüssigkeit durch das Rohr 44 als Abfallflüssigkeit abgeleitet. Wenn ihre Zusammensetzung allerdings der der Badzusammensetzung entspricht, kann sie auch direkt oder zusammen mit dem anderen Teil der Testflüssigkeit aus der Kammer 36 in den Abscheidungstank 18 zurückgeleitet werden. Typically, the test liquid is drained through pipe 44 as waste liquid. However, if its composition corresponds to that of the bath composition, it can also be returned directly from the chamber 36 to the separation tank 18 together with the other part of the test liquid.

Die Testflüssigkeit aus Kammer 36 wird über den Wärmeaustauscher 28 und zurück in den Abscheidungstank 18 geleitet; der zweite Wärmeaustauscher 29 wird mit Kühlwasser aus einer ausserhalb der Anlage liegenden Quelle gekühlt. The test liquid from chamber 36 is passed through the heat exchanger 28 and back into the separation tank 18; the second heat exchanger 29 is cooled with cooling water from a source located outside the system.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen enthalten ebenfalls Geräte zur automatischen Registrierung und Umsetzung der durch die Messeinrichtungen gelieferten Signale. Jedes Prüfgerät erzeugt ein Millivolt-Signal, welches von einer Art Potentiometer, etwa einem Digital-Kontrollpo-tentiometer, aufgefangen wird. Das Gerät empfängt das The devices shown in FIGS. 1 and 2 also contain devices for automatic registration and implementation of the signals supplied by the measuring devices. Each test device generates a millivolt signal, which is picked up by a type of potentiometer, such as a digital control potentiometer. The device receives this

637995 637995

Signal, prüft, ob dieses innerhalb der vorgegebenen Sollwerte liegt, und macht entsprechende Mitteilung. Signal, checks whether this is within the specified target values and makes the corresponding notification.

Zweckmässigerweise enthält das Gerät Vorrichtungen zum Messen und Auslösen entsprechender Reaktionen auf die gemessenen Werte. Die Reaktion der Vorrichtung erfolgt in der Regel als elektrisches Signal, vorzugsweise in Millivolt. Jedes erzeugte Signal wird z.B. von einer Art Potentiometer aufgefangen, dem bestimmte Grenzwerte vorgegeben sind. Das Potentiometer seinerseits erzeugt ein Signal, wenn die aufgefangenen Signale ausserhalb dieser vorgegebenen Grenzwerte liegen, wodurch z.B. die Zugabe einer bestimmten Menge einer bestimmten Chemikalie bewirkt werden kann. Stellt das Gerät einen zu niedrigen pH-Wert fest, so wird es die Zugabe einer bestimmten Menge einer bestimmten alkalischen Lösung bewirken. In einer anderen Ausgestaltungsform kann das Signal die Zugabe von Stabili-satorflüssigkeit auslösen, wenn das Mischpotential einen Wert ausweist, der zu weit im negativen Bereich liegt, oder es löst im entgegengesetzten Fall die Zugabe von Formaldehyd als Reduktionsmittel aus, wenn der Wert des Mischpotentials zu weit im positiven Bereich liegt. The device expediently contains devices for measuring and triggering corresponding reactions to the measured values. The device usually reacts as an electrical signal, preferably in millivolts. Each generated signal is e.g. caught by a kind of potentiometer, to which certain limit values are specified. The potentiometer in turn generates a signal when the collected signals are outside of these predetermined limits, which means e.g. the addition of a certain amount of a certain chemical can be effected. If the device detects that the pH is too low, it will add a certain amount of a certain alkaline solution. In another embodiment, the signal can trigger the addition of stabilizer liquid if the mixed potential shows a value that is too far in the negative range, or, in the opposite case, triggers the addition of formaldehyde as a reducing agent if the value of the mixed potential increases is far in the positive range.

In einer weiteren Ausgestaltungsform, bei der der Formaldehydgehalt, wie in Fig. 2 dargestellt, konstant gehalten wird, können Abweichungen der Werte des Mischpotentials andere Ursachen haben. Ein Anzeichen für die Zugabe von Stabilisator ist ein zum Negativen tendierendes Potential; tendiert das Signal für das Mischpotential in die andere Richtung, so muss ein Beschleuniger oder ein Formaldehydoxida-tionskatalysator zugegeben werden. In a further embodiment, in which the formaldehyde content, as shown in FIG. 2, is kept constant, deviations in the values of the mixed potential can have other causes. An indication of the addition of stabilizer is a negative tendency; If the signal for the mixed potential tends in the other direction, an accelerator or a formaldehyde oxidation catalyst must be added.

Vergleichsversuch A Das verwendete Kupferabscheidungsbad war wie folgt zusammengesetzt: Comparative Experiment A The copper deposition bath used was composed as follows:

Kupfersulfat Copper sulfate

10 g/1 10 g / 1

Tetrakis(2-Hydroxypropyl) Tetrakis (2-hydroxypropyl)

äthylendiamin ethylenediamine

17 g/1 17 g / 1

Formaldehyd (37%) Formaldehyde (37%)

15 ml/1 15 ml / 1

pH pH

12,8 12.8

Temperatur temperature

28°C 28 ° C

Natriumcyanid Sodium cyanide

25 mg/1 25 mg / 1

Kaliumsulfid Potassium sulfide

0,4 g/1 0.4 g / 1

2-Mercaptobenzothiazol 2-mercaptobenzothiazole

0,04 g/1 0.04 g / 1

Der Kupferionengehalt dieses Abscheidungsbades wurde ständig vermittels eines Kolorimeters kontrolliert, welches gleichzeitig den erforderlichen Zusatz an Kupfersulfat steuerte. Das Tetrakis(2-hydroxypropyl)äthylendiamin wurde bei der Beschichtung nicht verbraucht, so dass tägliche oder auch wöchentliche Kontrollen und gegebenenfalls Zugaben ausreichten. Proportional zur Kufpersulfatzugabe wurde eine 37%ige Formaldehydlösung zugesetzt; zusätzlich wurde der Formaldehydgehalt täglich analysiert und entsprechende Mengen zugegeben. Der pH-Wert wurde ständig kontrolliert, und zwar mit Hilfe einer Glaselektrode und einer Kalomelektrode als Referenzelektrode. Das bei der pH-Wert-Messung entstehende Signal steuerte gleichzeitig den NaOH-Zusatz. Natriumcyanid wurde als wässrige Lösung proportional zum NaOH zugegeben. Die Stabilisatorzugaben Kaliumsulfid und 2-Mercaprobenzothiazol wurden entsprechend der Menge an plattiertem Kupfer und der verstrichenen Zeit bemessen. The copper ion content of this deposition bath was constantly checked by means of a colorimeter, which at the same time controlled the required addition of copper sulfate. The tetrakis (2-hydroxypropyl) ethylenediamine was not consumed during the coating, so that daily or weekly checks and, if necessary, additions were sufficient. A 37% formaldehyde solution was added in proportion to the carbon sulfate addition; In addition, the formaldehyde content was analyzed daily and appropriate amounts were added. The pH was constantly checked, using a glass electrode and a calom electrode as a reference electrode. The signal generated during the pH measurement simultaneously controlled the addition of NaOH. Sodium cyanide was added as an aqueous solution proportional to the NaOH. The stabilizer additions potassium sulfide and 2-mercaprobenzothiazole were measured according to the amount of copper plated and the elapsed time.

Das Mischpotential wurde zwischen einer im Abscheidungsbad befindlichen Platte und der Kalomelelektrode, die als Vergleichselektrode für die pH-Wert-Messung dient, bestimmt. Das Mischpotential wies in diesem Fall sehr schwankende Werte zwischen —520 mV und -720 mV auf. The mixing potential was determined between a plate in the deposition bath and the calomel electrode, which serves as a comparison electrode for the pH measurement. The mixed potential in this case showed very fluctuating values between -520 mV and -720 mV.

Das Abscheidungsbad war schlecht zu steuern; entweder The deposition bath was difficult to control; either

5 5

s s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

637995 637995

6 6

schlug sich das Kupfer auch auf den Gefässwänden nieder und das Bad neigte zum spontanen Zerfall; oder, wenn genug schwefelhaltiger Stabilisator zugegeben wurde, zeigte das abgeschiedene Kupfer eine Dunkelfärbung, wurde passiv und die Abscheidung kam sehr bald völlig zum Erliegen. the copper was also deposited on the vessel walls and the bath tended to spontaneously decay; or, if enough sulfur-containing stabilizer was added, the deposited copper turned dark, became passive and the deposition very soon came to a complete standstill.

Die nachfolgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung. The following examples illustrate the invention.

Beispiel I Example I

Die Bestimmung des Mischpotentials nach Vergleichsversuch A wurde in der Weise abgeändert, dass eine Silber/ Chlorsilber-Elektrode als Vergleichselektrode verwendet und diese in unmittelbarer Nähe zur Abscheidungselektrode angebracht wurde. Allerdings musste festgestellt werden, The determination of the mixed potential after comparative experiment A was modified in such a way that a silver / chlorine-silver electrode was used as the comparative electrode and this was attached in the immediate vicinity of the deposition electrode. However, it had to be determined

dass bei zu geringem Abstand der Vergleichs- von der Abscheidungselektrode sich auf jener ebenfalls Kupfer niederschlug, so dass sie zur Messung unbrauchbar wurde. Die Vergleichselektrode wurde deshalb in einer getrennten, mit abgekühlter Badlösung gefüllten Kammer angebracht, die über eine mit einer inerten Salzlösung gefüllte Zwischenkammer mit dem aktiven Abscheidungsbad und somit mit der Abscheidungselektrode verbunden war. Mit dieser Vorrichtung wurden befriedigende Ergebnisse erzielt. Die Elektroden waren mit einem Differenzialverstärker verbunden; das von diesem ausgesandte Signal wurde zur Steuerung der Stabilisatorzugabe verwendet. Als Stabilisator diente eine wässrige Lösung aus Kaliumsulfid und 2-Merkaptobenzo-thiazol im Verhältnis 10:1. Der Sollwert des Mischpotentials betrug —635 mV ± 10 mV. Das so gesteuerte Abscheidungsbad arbeitete ausgezeichnet; das abgeschiedene Kupfer war glänzend und duktil, und das Bad neigte weder zum spontanen Zerfall, noch zeigte die Kupferoberfläche irgendwelche Passivierungserscheinungen. that if the distance between the reference and the deposition electrodes was too small, copper was also deposited on it, so that it became unusable for the measurement. The comparative electrode was therefore placed in a separate chamber filled with cooled bath solution, which was connected to the active deposition bath and thus to the deposition electrode via an intermediate chamber filled with an inert salt solution. Satisfactory results have been achieved with this device. The electrodes were connected to a differential amplifier; the signal emitted by this was used to control the stabilizer addition. An aqueous solution of potassium sulfide and 2-mercaptobenzo-thiazole in a ratio of 10: 1 served as stabilizer. The setpoint for the mixed potential was -635 mV ± 10 mV. The deposition bath controlled in this way worked excellently; the copper deposited was shiny and ductile, and the bath did not tend to spontaneously decay, nor did the copper surface show any signs of passivation.

Beispiel II Example II

Das Bad nach A wurde in einem Tank verwendet, der eine Umlaufpumpe enthielt. Die eine Tankwand war niedriger als die andere und diente als Überlauf. Die Pumpe pumpte die Überlaufflüssigkeit in den Tank zurück. Durch diese Überlaufvorrichtung wurde gleichzeitig eine Aufnahme von Sauerstoff und ein Entweichen des bei der Reaktion entstandenen Wasserstoffs ermöglicht. Das Mischpotential betrug -600 mV; die abgeschiedene Kupferschicht war dunkel, und der Abscheidungsvorgang kam nach wenigen Stunden völlig zum Erliegen. The bath of A was used in a tank that contained a circulation pump. One tank wall was lower than the other and served as an overflow. The pump pumped the overflow fluid back into the tank. This overflow device made it possible for oxygen to be absorbed and the hydrogen formed during the reaction to escape at the same time. The mixed potential was -600 mV; the deposited copper layer was dark and the deposition process stopped completely after a few hours.

Durch Erhöhen der Flüssigkeitsschicht im Überlaufgefäss wurde die Aufnahme von Sauerstoff verringert und die Abgabe von Wasserstoff erschwert, wodurch das Mischpotential sich veränderte und nun einen Wert von -640 mV anzeigte. Die Höhe der Flüssigkeit im Überlauf betrug nun etwa 3A der Höhe im Abscheidungstank, während sie zuvor nur etwa 'A betragen hatte. Durch Einstellen dieser Höhe und durch Regeln der Zugabe von schwefelhaltigem Stabilisator war es möglich, das Bad auf einem Mischpotential von -635 mV ± 10 mV zu halten; es arbeitete ohne Unterbrechung zwei Wochen hintereinander zufriedenstellend. Dieser Versuch zeigt, dass das Mischpotential zur Kontrolle und Regelung des Wasserstoff- und Sauerstoffgehaltes dienen kann. By increasing the liquid layer in the overflow vessel, the uptake of oxygen was reduced and the release of hydrogen was made more difficult, as a result of which the mixing potential changed and now showed a value of -640 mV. The height of the liquid in the overflow was now around 3A of the height in the separation tank, whereas previously it had only been around 'A. By adjusting this height and by regulating the addition of sulfur-containing stabilizer, it was possible to keep the bath at a mixed potential of -635 mV ± 10 mV; it worked satisfactorily for two weeks without a break. This experiment shows that the mixed potential can be used to control and regulate the hydrogen and oxygen content.

Beispiel III Example III

Ein stromlos arbeitendes Kupferabscheidungsbad wurde nach der folgenden Zusammensetzung hergestellt: An electroless copper plating bath was made according to the following composition:

Kupfersulfat 12,5 g/1 Tetrakis(2-hydroxypropyl) Copper sulfate 12.5 g / 1 tetrakis (2-hydroxypropyl)

äthylendiamin 15,6 g/1 ethylenediamine 15.6 g / 1

Formaldehyd (37%) 3,5 ml/1 Formaldehyde (37%) 3.5 ml / 1

N atriumhydroxid zum Einstellen des pH-Wertes auf 12,95 Sodium hydroxide to adjust the pH to 12.95

N atriumcyanid 10,0 mg/1 Sodium cyanide 10.0 mg / 1

Kaliumsulfid 1,0 mg/1 Potassium sulfide 1.0 mg / 1

2-Merkaptobenzothiazol 0,1 mg/1 2-mercaptobenzothiazole 0.1 mg / 1

GAFAC RE-610 0,14 g/1 GAFAC RE-610 0.14 g / 1

Temperatur 53°C Temperature 53 ° C

Badbeladung 2,5 dmVLiter Badflüssigkeit Bath load 2.5 dmVLiter bath liquid

Der Kupfer-Gehalt dieses Bades wurde ständig durch kolorimetrische Messungen kontrolliert und durch entsprechende automatisch gesteuerte Zugaben konstant gehalten. Ebenfalls wurde der pH-Wert, wie schon zuvor beschrieben, ständig gemessen und, ebenfalls automatisch, die entsprechenden Mengen an Natriumhydroxid zugegeben. Natriumcyanid wurde entsprechend den Natriumhydroxid-Zugaben zugesetzt, und Formaldehyd entsprechend den nach kolori-metrischer Messung erforderlichen Kupfersulfatmengen. The copper content of this bath was constantly checked by colorimetric measurements and kept constant by appropriate automatically controlled additions. As already described, the pH was also continuously measured and, likewise automatically, the corresponding amounts of sodium hydroxide were added. Sodium cyanide was added in accordance with the sodium hydroxide additions, and formaldehyde in accordance with the amounts of copper sulfate required by colorimetric measurement.

Das Mischpotential wurde, wie in Beispiel II beschrieben, vermittels einer Silber/Chlorsilber-Elektrode als Vergleichselektrode bestimmt. Die Messwerte wurden, wie ebenfalls in Beispiel II beschrieben, zur automatischen Regelung des Stabilisatorgehaltes verwendet; dieser bestand aus Kaliumsulfid und 2-Merkaptobenzothiazol im Verhältnis 10:1 inwässriger Lösung. Der Sollwert des Mischpotentials lag zwischen -650 und —655 mV. The mixing potential was determined, as described in Example II, using a silver / chlorine-silver electrode as a reference electrode. As also described in Example II, the measured values were used for the automatic control of the stabilizer content; this consisted of potassium sulfide and 2-mercaptobenzothiazole in a ratio of 10: 1 in aqueous solution. The setpoint for the mixed potential was between -650 and -655 mV.

Dieser Badtyp arbeitet bei erhöhter Temperatur, was bedeutet, dass die Formaldehyd-Konzentration höchstens 5 bis 6 ml/1 betragen darf, da sonst spontaner Zerfall eintritt. Darunter versteht man, dass gleichzeitig alle Kupferionen zu Kupfer reduziert werden, was leicht daran zu erkennen ist, dass sich die blaue Kupfersulfatlösung in eine durch fein verteiltes metallisches Kupfer rot gefärbte Lösung verwandelt, in der der fein verteilte rote Kupferstaub allmählich absinkt und die überstehende Flüssigkeit wasserhell ist. Gleichzeitig erfolgt eine heftige Wasserstoffentwicklung, die ein Aufschäumen des Bades bewirkt. This type of bath works at elevated temperature, which means that the formaldehyde concentration must not exceed 5 to 6 ml / 1, otherwise spontaneous decomposition will occur. This means that all copper ions are reduced to copper at the same time, which can be easily recognized by the fact that the blue copper sulfate solution turns into a solution colored red by finely divided metallic copper, in which the finely divided red copper dust gradually sinks and the supernatant liquid is water bright. At the same time, there is violent hydrogen evolution, which causes the bath to foam up.

Bei dem hier beschriebenen Bad wurde eine merkwürdige Erscheinung beobachtet: Durch einen Schaltfehler schloss sich das Ventil für die Zugabe der Formaldehydlösung nicht und die Konzentration des Formaldehyds stieg auf 22 ml/1 an. Wider Erwarten fand kein spontaner Zerfall statt, sondern das Bad arbeitete normal weiter. Die Erklärung hierfür war, dass aufgrund des sinkenden Wertes für das Mischpotential ständig Stabilisator zugegeben wurde. Das ging so lange gut, bis der Vorrat an Stabilisator nach 16 Stunden erschöpft war; dann zersetzte sich das Bad innerhalb einer halben Stunde. A strange phenomenon was observed in the bath described here: due to a switching error, the valve for the addition of the formaldehyde solution did not close and the concentration of the formaldehyde rose to 22 ml / l. Contrary to expectations, there was no spontaneous decay, but the bathroom continued to work normally. The explanation for this was that due to the falling value for the mixed potential, stabilizer was constantly added. This went well until the stabilizer supply was exhausted after 16 hours; then the bath decomposed within half an hour.

Beispiel IV Example IV

Das Bad aus Versuch A wurde automatisch gesteuert und die nach 20 Minuten auf einer Platinelektrode abgeschiedene Kupfermenge bestimmt, wodurch ein Mass für die Abscheidungsgeschwindigkeit erhalten wurde. Gleichzeitig wurde das Mischpotential gemessen und festgestellt, dass sich dieses genau proportional zur Abscheidungsgeschwindigkeit verhält. The bath from test A was controlled automatically and the amount of copper deposited on a platinum electrode after 20 minutes was determined, giving a measure of the deposition rate. At the same time, the mixed potential was measured and it was found that it behaves exactly proportional to the deposition rate.

Beispiel V Example V

Ein stromlos arbeitendes Verkupferungsbad der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt: An electroless copper plating bath of the following composition was produced:

Kupfersulfat 0,036 Mol/1 Copper sulfate 0.036 mol / 1

pH 12,9 pH 12.9

Quadrai (ehem. Verbindung) 0,08 Mol/1 Quadrai (former compound) 0.08 mol / 1

Temperatur 53°C Temperature 53 ° C

Formaldehyd 0,05 Mol/1 Formaldehyde 0.05 mol / 1

s s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

637 995 637 995

Natriumcyanid GAFAC RE-610 Sodium cyanide GAFAC RE-610

30 mg/1 0,1 g/1 30 mg / 1 0.1 g / 1

Kupferionengehalt, pH, Temperatur und Formaldehyd-Konzentration wurden ständig kontrolliert und, falls erforderlich, automatisch die entsprechenden Zugaben gemacht. Die Cyanidionen-Konzentration wurde gemessen und bei -150 mV unter Verwendung einer Kalomel- und einer Orioncyanidionen-Elektrode eingestellt. The copper ion content, pH, temperature and formaldehyde concentration were constantly checked and, if necessary, the appropriate additions were made automatically. The cyanide ion concentration was measured and adjusted to -150 mV using a calomel and an orion cyanide ion electrode.

Als Stabilisator wurde eine wässrige Lösung von Kaliumpolysulfid verwendet und immer dann zugegeben, wenn das mit Hilfe einer Silber/Chlorsilber-Vergleichselektrode gemessene Mischpotential unter —670 mV absank. Eine 37%ige Formaldehydlösung wurde immer dann zugegeben, wenn das Mischpotential über -640 mV anstieg. Das Bad arbeitete zufriedenstellend, das abgeschiedene Kupfer war glänzend, duktil und gleichmässig und fand sich nur an den erwünschten Stellen. An aqueous solution of potassium polysulfide was used as the stabilizer and was added whenever the mixed potential measured with the aid of a silver / chlorine silver comparison electrode fell below -670 mV. A 37% formaldehyde solution was added whenever the mixed potential rose above -640 mV. The bath worked satisfactorily, the deposited copper was shiny, ductile and even and was only found in the desired places.

Fortgesetzte Analysen während der Badarbeit zeigten, dass die Formaldehyd-Konzentration zwischen 0,01 und 0,04 Mol/1 gehalten wurde. Continued analysis during the bath work showed that the formaldehyde concentration was kept between 0.01 and 0.04 mol / 1.

Beispiel VI Example VI

Zur Veranschaulichung der Erfindung in ihrer Wirkung auf die Einstellung des Formaldehydgehaltes allein wurde ein Bad folgender Zusammensetzung hergestellt: To illustrate the invention in its effect on the adjustment of the formaldehyde content alone, a bath of the following composition was produced:

Kupfersulfat pH Copper sulfate pH

Quadrol Formaldehyd GAFAC RE-610 Temperatur Quadrol formaldehyde GAFAC RE-610 temperature

Kupferionen-Konzentration, pH und Temperatur wurden ständig kontrolliert und die erforderlichen Zugaben automatisch gesteuert. Formaldehyd in 37%iger Lösung wurde immer dann zugegeben, wenn das Mischpotential einen positiveren Wert als -640 mV anzeigte. Copper ion concentration, pH and temperature were constantly checked and the necessary additions were controlled automatically. Formaldehyde in 37% solution was always added when the mixed potential indicated a more positive value than -640 mV.

Das Bad arbeitete gut; das abgeschiedene Kupfer war glänzend und duktil; eine Kupferabscheidung auf den Tankwänden wurde nicht beobachtet. The bathroom worked well; the copper deposited was shiny and ductile; copper deposition on the tank walls was not observed.

Beispiel VII Example VII

Dieses Beispiel veranschaulicht die Verwendung des Mischpotentials auch zur Steuerung der Badbelüftung. Hierzu wurde ein Bad der folgenden Zusammensetzung hergestellt: This example illustrates the use of the mixed potential to control the bathroom ventilation. A bath of the following composition was produced for this purpose:

Kupfersulfat Quadrol Formaldehyd N atriumhydroxid ; Natriumcyanid Temperatur Copper sulfate quadrol formaldehyde sodium hydroxide; Sodium cyanide temperature

0,04 Mol/1 0,06 Mol/1 0,26 Mol/1 0,36 Mol/1 0,0002 Mol/1 24°C 0.04 mol / 1 0.06 mol / 1 0.26 mol / 1 0.36 mol / 1 0.0002 mol / 1 24 ° C

Beim Durchblasen von Luft zeigte das Bad ein Mischpotential von -703 mV; wurde der Luftstrom unterbrochen, so i sank das Potential langsam auf —720 mV ab. When air was blown through, the bath showed a mixed potential of -703 mV; if the air flow was interrupted, the potential slowly decreased to —720 mV.

Beispiel VIII Example VIII

Ein stromlos arbeitendes Bad, in dem Chel DM 41 als Komplexer benutzt wird und das die folgende Zusammenset-; zung aufwies, wurde hergestellt: An electroless bath in which Chel DM 41 is used as a complex and which has the following composition; tongue was produced:

Kupfersulfat Chel DM 41 Formaldehyd 20 Natriumhydroxid Temperatur GAFAC RE-610 Copper sulfate Chel DM 41 formaldehyde 20 sodium hydroxide temperature GAFAC RE-610

7,5 g/1 22 ml/1 15 ml/1 6 g/1 27°C 0,1 g/1 7.5 g / 1 22 ml / 1 15 ml / 1 6 g / 1 27 ° C 0.1 g / 1

0,036 Mol/1 12,9 0,08 Mol/1 0,05 Mol/1 0,1 g/1 53°C 0.036 mol / 1 12.9 0.08 mol / 1 0.05 mol / 1 0.1 g / 1 53 ° C

Anfangs betrug das Mischpotential —720 mV (gemessen 25 gegen eine Standardkalomel-Elektrode). Der Kupfernieder-schlag war dunkel gefärbt. Natriumcyanid wurde so lange zugesetzt, bis das Potential bei —680 mV war; das bei diesem Wert abgeschiedene Kupfer war glänzend und duktil. Initially, the mixed potential was -720 mV (measured 25 against a standard calomel electrode). The copper deposit was colored dark. Sodium cyanide was added until the potential was at -680 mV; the copper deposited at this value was shiny and ductile.

30 Beispiel IX 30 Example IX

Das Mischpotential kann ebenfalls zur Kontrolle und Regelung der Badbewegung benutzt werden. Wird das Bad heftig bewegt, nimmt es Sauerstoff auf, durch dessen Einwirkung das Mischpotential ansteigt; wird die Badbewegung 35 gestoppt, so sinkt das Mischpotential wieder ab. Das zur Veranschaulichung dieses Effektes verwendete Bad war wie folgt zusammengesetzt: The mixed potential can also be used to control and regulate the bath movement. If the bath is moved vigorously, it absorbs oxygen, the action of which increases the mixing potential; if the bath movement 35 is stopped, the mixed potential drops again. The bath used to illustrate this effect was composed as follows:

Kupfersulfat 40 Rochelle-Salz N atriumhydroxid Formaldehyd Temperatur Copper sulfate 40 Rochelle salt sodium hydroxide formaldehyde temperature

14,6 g/1 7,5 g/1 7,5 g/1 38 ml/1 26°C 14.6 g / 1 7.5 g / 1 7.5 g / 1 38 ml / 1 26 ° C

45 Das Mischpotential betrug anfangs, ohne Badbewegung, —720 mV. Nach Einschalten der Vorrichtung zur Badbewegung stieg das Potential an. Die Badbewegung wurde nun so eingestellt, dass das Mischpotential zwischen —640 mV und —680 mV konstant blieb. Das unter diesen Bedingungen so abgeschiedene Kupfer war glänzend und duktil. 45 The mixing potential was initially —720 mV without bath movement. After switching on the bath movement device, the potential increased. The bath movement was now adjusted so that the mixed potential remained constant between -640 mV and -680 mV. The copper so deposited under these conditions was shiny and ductile.

B B

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims (14)

637995637995 1. Verfahren zum automatischen Steuern und/oder Regeln eines ohne äussere Stromzufuhr arbeitenden Verkup-ferungsbades, dadurch gekennzeichnet, dass mittels zweier Elektroden, von denen sich die eine in Badflüssigkeit befindet und als Abscheidungselektrode dient und die andere als Vergleichselektrode dient, das sich zwischen den Elektroden ausbildende Mischpotential gemessen und diese Messung zum Steuern und/oder Regeln eines oder mehrerer Badparameter verwendet wird. 1. A method for automatically controlling and / or regulating a copper plating bath operating without an external power supply, characterized in that by means of two electrodes, one of which is in bath liquid and serves as a deposition electrode and the other serves as a comparison electrode which is located between the Mixed potential forming electrodes is measured and this measurement is used to control and / or regulate one or more bath parameters. 2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Mischpotential eines oder mehrere der folgenden Badparameter gesteuert werden: Kupferionenkonzentration, aktive Konzentration des Reduktionsmittels, aktive Konzentration des Stabilisators, aktive Konzentration der Cyanidionen, Wasserstoffionenkonzentration bzw. pH-Wert sowie Ionenkonzentration des Komplexbildners. 2. The method according to claim 1, characterized in that one or more of the following bath parameters are controlled by the mixing potential: copper ion concentration, active concentration of the reducing agent, active concentration of the stabilizer, active concentration of the cyanide ions, hydrogen ion concentration or pH value and ion concentration of the complexing agent . 2 2nd PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS 3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Funktion des Mischpotentials einer oder mehrere der folgenden Badparameter gesteuert werden: Badtemperatur, Badbewegung und Badbelüftung. 3. The method according to claim 1, characterized in that one or more of the following bath parameters are controlled as a function of the mixed potential: bath temperature, bath movement and bath ventilation. 4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Reduktionsmittel des ohne äussere Stromzufuhr Kupfer abscheidenden Bades Formaldehyd benutzt wird, und dass die Badarbeit durch die automatische Steuerung des Formaldehydgehaltes als Funktion des Mischpotentials geregelt wird. 4. The method according to claim 1, characterized in that formaldehyde is used as the reducing agent of the copper depositing bath without external power supply, and that the bath work is regulated by the automatic control of the formaldehyde content as a function of the mixed potential. 5. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Messen des Mischpotentials als Vergleichselektrode zur Abscheidungselektrode eine Standard-Kalomel- oder eine Siber/Chlorsilber-Elektrode verwendet wird. 5. The method according to claim 1, characterized in that a standard calomel or a silver / chlorine silver electrode is used to measure the mixed potential as a comparison electrode for the deposition electrode. 6. Verfahren nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektroden über ein Zwischenge-fäss, das mit einem chemisch inerten Stoff gefüllt ist, oder mittels einer porösen Wand aneinander gekoppelt sind. 6. The method according to claim 5, characterized in that the two electrodes are coupled to one another via an intermediate vessel which is filled with a chemically inert substance or by means of a porous wall. 7. Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwand mikroporös und die Badaktivität in der Umgebung dieser Zwischenwand herabgesetzt wird, um so die Kupferabscheidung auf dieser zu vermeiden. 7. The method according to claim 6, characterized in that the intermediate wall is microporous and the bath activity in the vicinity of this intermediate wall is reduced so as to avoid copper deposition on this. 8. Verfahren nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in der Umgebung der Vergleichselektrode niedriger ist als jene im Abscheidungsbad. 8. The method according to claim 5, characterized in that the temperature in the vicinity of the comparison electrode is lower than that in the deposition bath. 9. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Kontrolle eines oder mehrerer der Badparameter das Mischpotential nicht mehr als ±5 mV bis ±50 mV von einem zwischen —200 mV und —1,5 V liegenden Sollwert abweicht. 9. The method according to claim 1, characterized in that by checking one or more of the bath parameters, the mixed potential does not deviate by more than ± 5 mV to ± 50 mV from a nominal value lying between −200 mV and −1.5 V. 10. Verfahren nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischpotential nicht mehr als ± 10 mV von seinem Sollwert abweicht. 10. The method according to claim 9, characterized in that the mixed potential does not deviate from its target value by more than ± 10 mV. 11. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischpotential bestimmt und dass diese Information in Signale umgewandelt wird, die zur Steuerung einer oder mehrerer Badparameter dienen, um so das Misch-potential in vorbestimmten Grenzen zu halten. 11. The method according to claim 1, characterized in that the mixed potential is determined and that this information is converted into signals which are used to control one or more bath parameters so as to keep the mixed potential within predetermined limits. 12. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischpotential bestimmt und die aktive Konzentration des Stabilisators und des Reduktionsmittels so eingestellt werden, dass das Mischpotential in vorbestimmten Grenzen liegt, während die anderen Badbestandteile, vorzugsweise durch automatische Kontrolle und Regelung, auf ihren Sollwerten gehalten werden. 12. The method according to claim 1, characterized in that the mixed potential is determined and the active concentration of the stabilizer and the reducing agent are adjusted so that the mixed potential is within predetermined limits, while the other bath components, preferably by automatic control and regulation, at their setpoints being held. 13. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischpotential bestimmt wird und dann, falls dieses unter einen vorbestimmten Sollwert absinkt, so viel Stabilisatorlösung oder Reduktionsmittel zugesetzt wird, bis der Sollwert wieder erreicht ist. 13. The method according to claim 1, characterized in that the mixing potential is determined and then, if this drops below a predetermined setpoint, as much stabilizer solution or reducing agent is added until the setpoint is reached again. 14. Verfahren nach Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Stabilisator Luft oder Sauerstoff dem Bad zugesetzt wird oder der Luft- oder Sauerstoffzusatz durch Badbewegung bewirkt wird, bzw. zur Badbewegung dient. 14. The method according to claim 13, characterized in that air or oxygen is added to the bath as a stabilizer or the air or oxygen addition is effected by bath movement, or is used for bath movement.
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